Pin nhiên liệu ethanol – oxygen được đặc biệt quan tâm do có nguồn nhiên liệu sinh học dồi dào. Phản ứng xảy ra trong pin ethanol – oxygen phóng điện ở 25°C trong dung dịch chất điện li là potassium hydroxide (KOH) như sau:
C2H5OH(l) + 3O2(g) → 2CO2(g) + 3H2O(l) (1) ΔrH° = -1366,8 kJ
Quá trình hoạt động của pin ethanol – oxygen được mô tả ở hình bên. Biết rằng pin ethanol – oxygen chuyển hoá 60% năng lượng của phản ứng thành điện năng.
(AEM: Anion Exchange Membrane: Màng trao đổi anion).
a) Pin ethanol – oxygen chuyển hoá mỗi gam ethanol thành 17,83 kJ điện năng (Không làm tròn các phép tính trung gian, kết quả cuối cùng được làm tròn đến hàng phần trăm).
b) Trong quá trình pin hoạt động, số mol chất đi vào cathode gấp 3 lần số mol chất đi vào anode.
c) Tại cathode, oxygen bị khử theo quá trình: O2 + 2H2O + 4e → 4OH-.
d) Nhờ được cung cấp nhiên liệu liên tục và nồng độ chất điện li không đổi nên pin nhiên liệu ethanol – oxygen có thể hoạt động liên tục và ổn định.
Câu trả lời tốt nhất
(a) Đúng, với hiệu suất 60% thì mỗi gam C2H5OH cung cấp 60%.1.1366,8/46 = 17,83 kJ
(b) Sai
Anode: C2H5OH + 12OH- —> 2CO2 + 9H2O + 12e
Cathode: 3O2 + 6H2O + 12e —> 12OH-
(Nhân 3 cho bán phản ứng với cathode để có cùng số electron trao đổi).
Như vậy cứ 1 mol C2H5OH đi vào anode thì có 9 mol (3 mol O2 + 6 mol H2O) đi vào cathode. Vậy số mol chất đi vào cathode gấp 9 lần số mol chất đi vào anode.
(c) Đúng, tại cathode: O2 + 2H2O + 4e —> 4OH-
(d) Đúng, pin nhiên liệu sẽ hoạt động liên tục miễn sao nhiên liệu (C2H5OH) và các chất liên quan (O2, H2O) được cung cấp liên tục và theo đúng tỉ lệ.